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全面检视Wi-Fi Direct
从技术到策略

【作者: 陸向陽】2010年05月06日 星期四

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2009年10月14日,Wi-Fi联盟提出Wi-Fi Direct(之前代号阶段称为Wi-Fi Peer-to-Peer)的新认证标准,联盟表示:预计2010年初即开始会有业者设计及测试支援该标准的Wi-Fi产品,并约在2010年中会有正式通过认证的产品。



Wi-Fi Direct可让Wi-Fi装置间不用透过无线路由器或无线接取点(Access Point;AP,也称Hot Spot)便可通讯,增加使用便利性。



《图一 Intel曾于各种场合(CES、IDF)展示其My Wi-Fi技术,图中即是用笔记型电脑充当Wi-Fi AP来操控具有Wi-Fi通讯能力的履带型玩具机器人。 》

資料來源:krunker.com (资料来源:krunker.com)


Wi-Fi Direct并非创举


事实上早在Wi-Fi Direct提出前,Wi-Fi装置早已具备相互通讯的能力,Wi-Fi具有2种运作模式:Infrastructure模式、Ad-hoc模式,前者即是一般普遍常用的模式,须透过AP进行资料转传,后者则允许不透过AP而直接互连,理论上Ad-hoc应该更为方便简易,但实务上却很难设定,且各家作法不一,因此鲜有人用。所以,Wi-Fi Direct除了要达到与Ad-hoc一样的直接互连功效外,另一个用意在于:让设定简易化、标准化。



除了Ad-hoc外,实际市场上也早有其他允许Wi-Fi装置互连的技术方案,例如诸多业者销售的Wi-Fi无线网卡,若接于PC类装置(Desktop、Notebook,或其他具充沛运算力的装置,如电视游乐器、数位电视)上,只要加装对应的驱动程式,即可运用PC的处理器来执行一般Wi-Fi AP的运算工作,使PC可充当Wi-Fi AP,如此达到互连效果,而Intel提出的My Wi-Fi、Atheros的Direct Connect、Marvell的Mobile Hotspot等技术,均是相同的实现方式,完全只在软体上进行修改,以增加运算量、假扮AP的方式来实现互连。



同样的,Wi-Fi Direct也是相同的实现技术,因此原有Wi-Fi晶片不需要任何修改,Wi-Fi电路也同样不用修改,硬体上完全相容过往,只追加软体便可达到互连效果,差别只是:Wi-Fi Direct是由Wi-Fi联盟(简称WFA)提出的标准而已。



也由于不需要任何的硬体修改,因此也不需要倚赖IEEE 802.11的任何新底层标准,包括IEEE 802.11s(Mesh网路)、IEEE 802.11z(直接互连设定)等均不需要。相反的,现有大众手边已在使用的Wi-Fi装置,将有机会以「直接升级驱动程式」的方式来支援Wi-Fi Direct。



倘若Wi-Fi Direct需要硬体变更才能支援,则现有已售出产品将无机会支援,或可能要回送进行轫体升级或电路修改才行,然如此程序不如购买新品。不过,也非所有装置均可直接软体升级,能直接软体升级的多为PC,若为Wi-Fi印表机、Wi-Fi Phone等,出厂后即无简易方式让使用者自行手动升级,依然必须回送,进行轫体更新,或干脆买新品。



《图二Bluetooth的最大宗应用为手机无线话筒,其次即为电脑的指向装置(滑鼠、键盘),或游乐器的操控装置,图为任天堂(Nintendo)Wii游乐器的控制手把:Wii Remote ,该手把运用Bluetooth与游乐器通讯。 》

資料來源:wiinintendo.net (资料来源:wiinintendo.net)


Wi-Fi Direct特性剖析


了解Wi-Fi Direct的功效、立意、实现方式后,进一步可了解其细部运作特点,Wi-Fi Direct会让所有支援Wi-Fi Direct的装置间,建立起所谓的Wi-Fi Direct网路,与原有需要AP的正规Wi-Fi网路不同,为两个分别存在的网路。



Wi-Fi Direct底层技术及标准与原有Wi-Fi技术相同,所以传输距离、传输速率也相同,在11g标准下可达54Mbps速率、100公尺距离,11n可达250Mbps速率。另外,Wi-Fi Direct并不限于两装置互连,而是可以多装置互连,只要整个Wi-Fi Direct网路中有一个装置兼充AP角色即可。



至此或许会有人问:有了Wi-Fi Direct后,是不是不再需要有Wi-Fi AP了?此答案为否,Wi-Fi Direct是用在真的附近都没有AP时的权宜性功效,使用Wi-Fi Direct的副作用是Wi-Fi装置耗电会加快,若用电池运作则会更快用完电力,此外乔装、兼充的AP,功效也不可能与真正AP全然相同,例如可连接的装置数就低于真AP,功效最佳化等方面亦不如真AP。



既然正规Wi-Fi网路与Wi-Fi Direct网路为各别存在,那是否Wi-Fi装置同时间只能择一而用?其实Wi-Fi装置可同时使用这两个网路,而且可达到跨连效果,即只加入Wi-Fi Direct网路的装置,也可以跟只加入正规Wi-Fi网路的装置互通。



更重要的是,两网虽可互通,且两网均使用WPA2加密标准,但两网可各自运作自己的一套加密机制,如此装置必须同时通过两道安全机制审核,才可能达到跨网通讯。除了两网互连外,若两个网路中有任一装置可连上Internet,也可以将连线资源分享出来,让其他装置也有机会连上Internet。



不仅可连上Internet,Wi-Fi Direct也支援企业无线环境,可连上企业提供的Wi-Fi无线网路,并遵循企业的无线网路管理(存取权限、连线时间、连线频宽、允许的连线频道等)。



《图三OLPC XO-1的新兴国家学童用笔电也可以做到不需透过AP便可相互连线(考虑到新兴国家的AP布建不够广多),但其倚赖的技术标准为IEEE 802.11 s,目前尚少Wi-Fi晶片支援此标准。 》

資料來源:OLPC.com (资料来源:OLPC.com)


相容诸多现行标准


若再进一步探究,Wi-Fi Direct网路必须有一个装置先发起,由其建立起网路,而其他Wi-Fi装置只要能支援传统Infrastructure运作模式,就可以加入Wi-Fi Direct网路(这些装置会以为自己是与正规AP沟通联系)。



至于发起的装置,通常有较强运算力、较多的电能,由其统筹整个Wi-Fi Direct网路中各装置的连线、断线。



另外如前所言,Wi-Fi Direct将会使扮演AP角色的装置更为耗电,为了能精省用电,Wi-Fi Direct装置也支援WMM Power Save标准,不过这依然不够,Wi-Fi联盟有意针对Wi-Fi Direct提出新的省电标准,而支援WMM Power Save也连带支援WMM,所以Wi-Fi Direct也具有频宽管理(Quality of Services;QoS)功效。



有了上述的完整机制规划、设计后,Wi-Fi装置间如何在网路中探寻(Discovery)另一个装置具备何种服务功效? (例如哪个装置可列印、哪个装置可通话)关于此可使用Microsoft提出的UPnP(Universal Plug and Play;通用随插即用),或是Apple提出的Bonjour,但Wi-Fi联盟将制订一套新的探寻法。



归结而言,Wi-Fi Direct是一个软体化实现AP的标准,希望能取代、统整归纳原本已存在的多种软体AP标准,同时也变相取代过去的Ad-hoc模式,真正实现过往Ad-hoc模式设定的便利应用目标,且速率更快、连线管理更完整等(Ad-hoc模式的机制相当阳春)。



《图四电视游乐器可能预设的基本配备中不具有Wi-Fi功效,但仍可透过选购使其具备Wi-Fi功效,加上电视游乐器有充沛的运算力,因此未来也可能成为Wi-Fi Direct标准的潜在推行目标,图为Xbox 360专用的Wi-Fi扩充套件。 》

資料來源:igadgetsonline.co.uk (资料来源:igadgetsonline.co.uk)


从技术到阵营策略


谈论完技术机制面后,再来谈谈产业面,什可说是产业政治面,Wi-Fi Direct的提出,从某种层面可视为:Wi-Fi联盟期望增加更多的认证测项,来增加其收益,如此现有的Wi-Fi晶片业者、Wi-Fi模组业者、Wi-Fi应用产品业者等,将可能要支付更多的认证测试费,尤其以笔记型电脑应用首当其冲,其次则为桌上型电脑(外接Wi-Fi无线子卡)、电视游乐器(选购Wi-Fi无线套件)、具Wi-Fi功效的数位电视等。



再自另一面看,由于蓝牙阵营(Bluetooth SIG)也积极提升Bluetooth的速率,在既有跳频机制已难以提升速率后,开始考虑换用底层的射频标准,但仍保持上层的协定设计,一开始选定使用超宽频(Ultra Wideband;UWB),但在超宽频标准、技术推进迟缓后,Bluetooth SIG转考虑IEEE 802.11的射频标准,如此Bluetooth即与Wi-Fi相同,底层均使用IEEE 802.11射频。



一旦两者都使用相同射频,加上Wi-Fi、Bluetooth原本即均是使用2.4GHz频段(Wi-Fi亦有用5GHz频段,但仍以2.4GHz频段为多),天线可共用,且已有诸多晶片业者运用CMOS制程技术(与其他无线射频晶片所用的制程相比,CMOS制程最利于整合与低成本化),将Wi-Fi、Bluetooth的功效电路整合为一,进而销售,从种种角度看, Wi-Fi与Bluetooth将更为融合,以致定位重叠的忧虑日益明显。(附注:Wi-Fi Direct可同时使用2.4GHz频段或5GHz频段,或者只用2.4GHz频段,但不可只用5GHz频段。)



而Bluetooth与Wi-Fi相较,明显有两大优点:一是省电、二是便利的连线,尤其在配对连线上什为普遍,即是一对一连线,如Bluetooth无线话筒与Bluetooth手机,或如Wii游乐器及Wii Remote控制器等。



在省电方面,Wi-Fi联盟必须另想对策来与Bluetooth竞争,但在对付「连线便利」方面,Wi-Fi联盟便以新订立Wi-Fi Direct标准来因应,潜在想定的竞争标准为Bluetooth SIG研拟的Bluetooth 3.0+HS(High Speed​​高速版)。



另外,虽然Wi-Fi Direct是一个能完全以软体升级方式实现的新标准,不过全然以软体执行的作法却相当耗电,所以未来不排除新的Wi-Fi晶片,很可能直接以硬体电路方式来支援及执行Wi-Fi Direct机制,如此过于耗电的问题将可纾缓。



《图五 Wi-Fi Direct目标在于简易、便利使用,而非就此取代无线接取点(AP),图为典型的家用Wi-Fi AP。 》

資料來源:ecvv.com (资料来源:ecvv.com)


结语


若检视过往,Wi-Fi与Bluetooth确实一直有着瑜亮情结,早先Bluetooth先定位为横跨3C应用的无线区域网路(WLAN)标准,但没想到Wi-Fi以专注于资讯领域的方式快速发展崛起,使Bluetooth成为WLAN主流标准的期望落后,进而必须转诉求为无线个人区域网路(WPAN)的新定位以求另有发展。



事实上Bluetooth只是走回最原初的定位,最初是Ericsson为了取代传统实线的手机话筒而发展的无线传输标准,之后在先后加入其他大厂后,才扩展成跨3C通讯的目标,而后Bluetooth虽因败给Wi-Fi而转进WPAN,但使用上的最大宗仍是无线话筒,其次才是游乐器控制器、滑鼠键盘等装置。



现在,Bluetooth与Wi-FI再度短兵相接,同样是Peer-to-Peer(P2P)的配对传输应用上,Bluetooth具有省电、便利的特点,而Wi-Fi则有传输距离长、速率快等特点,而新的Bluetooth 3.0+HS以提升速率为主,但仍尽可能保有省电优势(仍会比过往的Bluetooth来的耗电),Wi-Fi Direct则强化便利使用性,但用电量也会增加。



此外,Bluetooth在P2P应用市场上有先占、主占的地主优势,Wi-Fi Direct能否成功挑战Bluetooth的地位,仍有待观察,现阶段不易论定。



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